(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエハ及びウエハから作製された断面試料を同時に搬送することが可能であるとともに、小型化、軽量化が図られたウエハホルダ及びこのウエハホルダによってウエハ及び断面試料を同時に搬送可能で、装置全体の小型化が図られた試料作製装置を提供する。【解決手段】ウエハホルダは、中央に開口部３１ａを有する枠状に形成され、上面３１ｂにウエハＷを載置可能なホルダ本体３１と、ホルダ本体３１に載置されたウエハＷの外周Ｗ１に当接し、ウエハＷをホルダ本体３１上で位置決めするガイド部３２と、ホルダ本体３１の外周部３１ｃに設けられ、ウエハＷから作製された断面試料を保持する断面試料保持部３３とを備えている。断面試料保持部３３は、断面試料が固定される板状の試料台３６と、試料台３６を着脱可能に挟持するとともに、ホルダ本体３１に対して着脱可能に設けられた固定台３５とを備える。【選択図】図３
2007265971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に開口部を有する枠状に形成され、上面にウエハを載置可能なホルダ本体と、
該ホルダ本体に載置された前記ウエハの外周に当接し、前記ウエハを前記ホルダ本体上で位置決めするガイド部と、
前記ホルダ本体の外周部に設けられ、前記ウエハから作製された断面試料を保持する断面試料保持部とを備え、
該断面試料保持部は、前記断面試料が固定される板状の試料台と、
該試料台を着脱可能に挟持するとともに、前記ホルダ本体に対して着脱可能に設けられた固定台とを備えることを特徴とするウエハホルダ。
【請求項２】
請求項１に記載のウエハホルダにおいて、
前記断面試料保持部は、前記ホルダ本体の外周部に着脱可能に嵌合された試料カセットを備え、
前記固定台は、前記試料カセットに着脱可能に複数嵌合されていることを特徴とするウエハホルダ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のウエハホルダと、
前記ウエハを保持した前記ウエハホルダを内部に収容するとともに、該内部を真空状態に排気可能な試料室と、
該試料室の内部に収容された前記ウエハに荷電粒子ビームを照射してエッチングすることで、前記断面試料を作製可能な荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記ウエハから作製された前記断面試料を取り出して、前記ウエハホルダの前記試料台まで搬送する採取・搬送手段と、
前記断面試料を前記試料台に接着固定する接着手段と、
開閉可能な試料室バルブによって前記試料室と接続され、また、開閉可能な外部バルブによって外部と接続されるとともに、内部を真空状態に排気可能なロードロック室とを備え、
該ロードロック室の内部には、前記ウエハホルダを、下方に空間を有した状態で配置させるホルダ台と、
該ホルダ台に載置された前記ウエハホルダの下方に配置され、上下に進退して、前記ウエハホルダに保持された前記ウエハを上方に持ち上げることが可能なエレベータと、
前記ホルダ台と前記試料室の内部との間で、前記ウエハホルダを搬送する内部搬送ロボットとが設けられていることを特徴とする試料作製装置。
【請求項４】
請求項３に記載の試料作製装置において、
前記ロードロック室の外部バルブは、前記ロードロック室と前記外部との間で前記ウエハを搬送するためのウエハ用バルブと、
前記ロードロック室と前記外部との間で前記ウエハホルダを搬送するためのホルダ用バルブとによって構成されていることを特徴とする試料作製装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の試料作製装置において、
前記ロードロック室は、前記ホルダ台及び前記エレベータが収容されたホルダ室と、
前記内部搬送ロボットが収容されたロボット室とで構成され、
前記ホルダ室と前記ロボット室とは、開閉可能なゲートバルブで接続されているとともに、それぞれ独立して内部を真空状態に排気可能であることを特徴とする試料作製装置。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずかに記載の試料作製装置において、
前記試料室の内部に設けられて前記ウエハホルダを支持する試料ステージを備え、
該試料ステージは、前記ウエハホルダの前記ホルダ本体と対応する枠状に形成され、該ホルダ本体を吸着保持する第一の静電チャックと、該第一の静電チャックに吸着保持された前記ホルダ本体に載置された前記ウエハを吸着保持可能に前記第一の静電チャックの内側で上方に突出して設けられた第二の静電チャックとを有することを特徴とする試料作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハを位置決め、保持するウエハホルダ、及び、ウエハホルダに保持されたウエハから断面試料を作製する試料作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体等のウエハの製造過程で発生した欠陥の評価には、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）が使用されており、ウエハから極薄に切断された断面試料によって観察が行われる。このような極薄の断面試料の作製には、集束イオンビーム装置が使用される。すなわち、ウエハの所定箇所に集束イオンビームを照射してエッチングし、透過電子顕微鏡で観察することが可能な厚さの薄片部を形成して断面試料を作製する。そして、この断面試料をウエハから取り出して、透過電子顕微鏡まで搬送することで断面試料の観察を行っていた。従来、このような断面試料を作製する集束イオンビーム装置では、断面試料を作製するウエハを試料室へ搬送するウエハ用搬送機構と、作製された断面試料を試料室から外部へ搬送する断面試料用搬送機構をそれぞれ有し、断面試料のみを試料室から外部の透過電子顕微鏡に搬送するものとしていた。しかしながら、このような集束イオンビーム装置では、搬送ルートも別途２系統必要となるため、装置全体が大型化してしまう。また、試料室内部においてウエハ用搬送機構及び断面試料用搬送機構のそれぞれについて移動可能なスペースが必要であり、試料室自体も大型化してしまい、試料室内部の真空排気性能の低下を招いてしまう。
【０００３】
このような問題を解消すべく、例えば、ウエハを載置するウエハカセットと、イオンビーム光学系などを備えた試料室と、ウエハ移載室と、カートリッジ移載室と、カートリッジ移載室に収容されたカートリッジ移載機構とを備えた試料作製装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この試料作製装置によれば、カートリッジ移載室には断面試料を保持するカートリッジが保管されるカートリッジステーションが設けられている。そして、カートリッジ移載室のカートリッジステーションと、ウエハ移載室に配置されたウエハカセットとの間で、カートリッジ移載機構がカートリッジを搬送する。また、試料室の試料ステージとウエハ移載室との間でウエハカセットを搬送する。すなわち、試料室でウエハから作製された断面試料は、カートリッジに保持され、ウエハとともに、ウエハ移載室まで搬送され、カートリッジ移載機構によってウエハカセットからカートリッジステーションに搬送することで、ウエハカセットともに断面試料を搬送することができ、試料室容積を小さくすることができるとされている。
【特許文献１】特開２００２−３６５１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような試料作製装置においては、ウエハとともに、断面試料が保持されるカートリッジをウエハホルダに装着して搬送することが可能であるとされているが、ウエハホルダにカートリッジを着脱する具体的手段はなんら開示されていない。仮に、ウエハホルダにカートリッジを固定可能であったとしたとしても、複雑な機構を有するカートリッジ自体がある程度の重量を有し、また、このようなカートリッジを固定可能であることで、ウエハホルダ自体も大型化、重量化してしまう。このため、ウエハホルダを搬送する機構も大型化してしまい、結果として、ウエハホルダ及びウエハホルダを搬送する機構を収容する装置全体の大型化を招いてしまう問題があった。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ウエハ及びウエハから作製された断面試料を同時に搬送することが可能であるとともに、小型化、軽量化が図られたウエハホルダ、及びこのウエハホルダによってウエハ及び断面試料を同時に搬送可能で、装置全体の小型化が図られた試料作製装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のウエハホルダは、中央に開口部を有する枠状に形成され、上面にウエハを載置可能なホルダ本体と、該ホルダ本体に載置された前記ウエハの外周に当接し、前記ウエハを前記ホルダ本体上で位置決めするガイド部と、前記ホルダ本体の外周部に設けられ、前記ウエハから作製された断面試料を保持する断面試料保持部とを備え、該断面試料保持部は、前記断面試料が固定される板状の試料台と、該試料台を着脱可能に挟持するとともに、前記ホルダ本体に対して着脱可能に設けられた固定台とを備えることを特徴としている。
【０００７】
この発明に係るウエハホルダによれば、ウエハをウエハホルダ本体に載置することで、ガイド部によってウエハをウエハホルダ本体上に、容易に位置決め、保持することができる。また、ウエハホルダ本体に載置されたウエハから断面試料を作製した際には、断面試料保持部の試料台に断面試料を固定することで、ウエハと断面試料とを同時に搬送することができる。なお、断面試料保持部は、断面試料が固定された板状の試料台が固定台に挟持されているだけの単純な構造であるため、固定台を設けたことによって、大型化、重量化してしまうことが無い。また、ホルダ本体も中央に開口部を有する枠状の部材である。このため、ウエハと断面試料とを同時に搬送可能であるとともに、全体として軽量化を図ることができる。また、すべての工程が完了すると、ウエハ及び断面試料は分離されて新たなウエハ及び対応する断面試料の搬送を行うが、ホルダ本体の中央の開口部において、ウエハを上方に持ち上げるだけで容易にウエハを離脱させることができる。また、断面試料は、試料台に固定された状態を保ちつつ、試料台を挟持する固定台を取り外すことで容易に離脱させることができるとともに、極薄、極小である断面試料の取り扱いを容易とさせる。一方、断面試料の観察等が完了した際には、固定台に挟持している試料台を新たなものに交換することで、ホルダ本体に再び装着して、新たな断面試料の搬送を行うことができる。
【０００８】
また、上記のウエハホルダにおいて、前記断面試料保持部は、前記ホルダ本体の外周部に着脱可能に嵌合された試料カセットを備え、前記固定台は、前記試料カセットに着脱可能に複数嵌合されていることがより好ましいとされている。
【０００９】
この発明に係るウエハホルダによれば、試料カセットに複数の固定台を嵌合させることができることで、複数の断面試料を同時に搬送することができる。また、試料カセットがホルダ本体に着脱可能に嵌合されていることで、複数の断面試料を固定台を介して試料カセットに装着したまま試料カセットの単位で取り扱うことができるので、断面試料の取り扱いが容易となる。
【００１０】
また、本発明の試料作製装置は、上記のウエハホルダと、前記ウエハを保持した前記ウエハホルダを内部に収容するとともに、該内部を真空状態に排気可能な試料室と、該試料室の内部に収容された前記ウエハに荷電粒子ビームを照射してエッチングすることで、前記断面試料を作製可能な荷電粒子ビーム鏡筒と、前記ウエハから作製された前記断面試料を取り出して、前記ウエハホルダの前記試料台まで搬送する採取・搬送手段と、前記断面試料を前記試料台に接着固定する接着手段と、開閉可能な試料室バルブによって前記試料室と接続され、また、開閉可能な外部バルブによって外部と接続されるとともに、内部を真空状態に排気可能なロードロック室とを備え、該ロードロック室の内部には、前記ウエハホルダを、下方に空間を有した状態で配置させるホルダ台と、該ホルダ台に載置された前記ウエハホルダの下方に配置され、上下に進退して、前記ウエハホルダに保持された前記ウエハを上方に持ち上げることが可能なエレベータと、前記ホルダ台と前記試料室の内部との間で、前記ウエハホルダを搬送する内部搬送ロボットとが設けられていることを特徴としている。
【００１１】
この発明に係る試料作製装置によれば、小型化、軽量化が図られたウエハホルダを使用することで、ウエハを保持したウエハホルダを収容する試料室の小型化を図ることができる。さらに、ウエハホルダの小型化、軽量化を図ることができることで、ウエハホルダを搬送する内部搬送ロボットの小型化を図ることができ、対応するロードロック室の小型化も図ることができる。また、ウエハに荷電粒子ビームを照射してエッチングすることで作製された断面試料は、採取・搬送手段によって採取され、ウエハホルダの試料保持部において試料台まで搬送されて、接着手段によって試料台に固定される。このため、断面試料はウエハとともにウエハホルダに保持されて、同時に搬送することが可能となり、搬送ルートを一系統にすることができるので、搬送ルートの省スペース化を図ることができる。以上のように、試料室及びロードロック室の小型化を図ることができることで、試料室及びロードロック室を真空状態にする際の排気性能が高まり、また、装置全体として小型化を図ることができる。また、エレベータによってウエハホルダのホルダ本体の開口部からウエハを持ち上げることによって、容易にウエハとウエハホルダとを離脱させることができ、ウエハと断面試料とを同時に搬送する作用と相まって、ウエハの搬送から、断面試料を作製してウエハ及び断面試料を外部へ搬送するまでのスループットの向上も図ることができる。
【００１２】
また、上記の試料作製装置において、前記ロードロック室の外部バルブは、前記ロードロック室と前記外部との間で前記ウエハを搬送するためのウエハ用バルブと、前記ロードロック室と前記外部との間で前記ウエハホルダを搬送するためのホルダ用バルブとによって構成されていることがより好ましいとされている。
【００１３】
この発明に係る試料作製装置によれば、試料室からロードロック室までのウエハとウエハホルダの搬送を一系統として装置全体の小型化を図るとともに、外部への搬送は、ウエハ用バルブとホルダ用バルブによって二系統にすることで、錯綜すること無く、効率良くウエハ及び断面試料を外部へ搬送することができる。また、ウエハを外部へ搬送する機構と、断面試料が保持されたウエハホルダを外部へ搬送する機構とを別機構にすることができる。このため、ウエハを搬送する機構には微細な動作が可能な機構を選択可能である一方、ウエハホルダを搬送する機構にはウエハを搬送する機構に対して相対的に重量物を効率的に搬送可能な機構を選択することができる。
【００１４】
また、上記の試料作製装置において、前記ロードロック室は、前記ホルダ台及び前記エレベータが収容されたホルダ室と、前記内部搬送ロボットが収容されたロボット室とで構成され、前記ホルダ室と前記ロボット室とは、開閉可能なゲートバルブで接続されているとともに、それぞれ独立して内部を真空状態に排気可能であることがより好ましいとされている。
【００１５】
この発明に係る試料作製装置によれば、ロードロック室をロボット室とホルダ室の２室に分けて、ゲートバルブを閉塞して独立して排気可能であることで、排気効率を高め真空性能を向上させることができる。
【００１６】
また、上記の試料作製装置において、前記試料室の内部に設けられて前記ウエハホルダを支持する試料ステージを備え、該試料ステージは、前記ウエハホルダの前記ホルダ本体と対応する枠状に形成され、該ホルダ本体を吸着保持する第一の静電チャックと、該第一の静電チャックに吸着保持された前記ホルダ本体に載置された前記ウエハを吸着保持可能に前記第一の静電チャックの内側で上方に突出して設けられた第二の静電チャックとを有することがより好ましいとされている。
【００１７】
この発明に係る試料作製装置によれば、試料室の内部において試料ステージ上で、ウエハホルダ及びウエハは、第一の静電チャック及び第二の静電チャックで静電気力によって吸着保持される。このため、作業者が介在すること無く試料室を真空状態としたまま脱着することができ、塵などの汚染物発生を防止することができる。また、ウエハを広範囲で均一に歪み無く吸着保持することができる。さらに、試料ステージ自体の軽量化を図ることができ、試料ステージの固有振動数を高く設定することができる。このため、汚染物、ウエハの変形、試料ステージの振動にそれぞれ起因する集束イオンビームの分解能の低下を防止することができる。さらに、作業者が介在すること無く脱着できることで、脱着に伴う作業時間の短縮及び作業者によるウエハ等の破損の防止を図ることができる。また、ウエハホルダとウエハとは、第一の静電チャックと第二の静電チャックとで別々に吸着保持される。そして、軽量のウエハを保持する第二の静電チャックについては、必要とする電圧を低く抑えることができる。このため、ウエハに流れる漏れ電流を小さくすることができ、漏れ電流によって照射される集束イオンビームが影響を受けてしまうのを防ぐことができる。また、第二の静電チャックからのウエハの離脱時間を短縮させることができ、スループットの向上を図ることができる。また、第二の静電チャックは、ウエハホルダのホルダ本体が第一の静電チャックに吸着保持された状態で、ウエハを吸着保持可能に上方に突出している。このため、ウエハをウエハホルダに載置された状態のまま、観察面が集束イオンビームの焦点高さとなるように吸着保持することができ、集束イオンビームの分解能の向上をさらに図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のウエハホルダによれば、枠状に形成されたホルダ本体の外周部に試料保持部が設けられていることで、ウエハと断面試料とを同時搬送することができるとともに、小型化、軽量化を図ることができる。
また、本発明の試料作製装置によれば、上記のような小型化、軽量化されたウエハホルダによって、ウエハとともに作製した断面試料を搬送することができることで、効率良くウエハ及び断面試料を搬送することができるとともに、装置全体の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１から図１５は、この発明に係る実施形態を示している。図１に示すように、試料作製装置１は、図２に示すウエハホルダ３０を使用することによって略板状のウエハＷを試料室２まで搬送し、試料室２の内部２ａにおいて集束イオンビーム（荷電粒子ビーム）を照射して断面試料を作製するものである。以下、試料作製装置１及びウエハホルダ３０の詳細について説明する。
【００２０】
図２及び図３に示すように、ウエハホルダ３０は、中央に開口部３１ａを有する枠状に形成され、上面３１ｂにウエハＷを載置可能なホルダ本体３１と、ホルダ本体３１に載置されたウエハＷの外周Ｗ１に当接し、ウエハＷをホルダ本体３１上で位置決めするガイド部３２とを備える。ガイド部３２は、ホルダ本体３１の外周部３１ｃにおいて、等間隔に隙間を有して四箇所に設けられていて、この隙間にウエハＷから作製された断面試料を保持する断面試料保持部３３が設けられている。断面試料保持部３３は、ホルダ本体３１に装着される試料カセット３４と、試料カセット３４に装着される固定台３５と、固定台３５に挟持される略板状の試料台３６とで構成されている。試料カセット３４のそれぞれは、ホルダ本体３１の外周部３１ｃに設けられた一対の係合凸部３１ｅによって着脱可能に嵌合されている。また、試料カセット３４には、４つの凹部３４ａが形成されており、各凹部３４ａに一つずつ固定台３５が着脱可能に嵌合されている。
【００２１】
図４及び図５に示すように、固定台３５は、基部３５ａと、固定部３５ｂとで構成され、基部３５ａ及び固定部３５ｂに連通するネジ穴３５ｃが形成されている。すなわち、固定台３５は、試料台３６を基部３５ａと固定部３５ｂとの間に挟み込み、ネジ穴３５ｃに固定ネジ３５ｄを締め込むことで、試料台３６を挟持することが可能である。また、図６に示すように、試料台３６は、略板状の金属メッシュ３７と、その上面部に形成された支持部３８とを備える。図６においては、断面試料Ｓが固定された状態を示したものであり、後述のように、断面試料Ｓを支持部３８の側面３８ａに接着し、断面試料Ｓが接着された部分を切欠いて観察用窓部３８ｂを形成した状態を示している。
【００２２】
図１に示すように、ウエハＷから断面試料Ｓを作製する試料室２には、ウエハＷを保持したウエハホルダ３０を載置して、ウエハＷを三軸方向に位置調整可能であるとともに、回転可能に支持する試料ステージ３が設けられている。なお、試料ステージ３は、少なくとも三軸方向に位置調整可能なものであれば良い。図７に示すように、試料ステージ３は、ウエハホルダ３０のホルダ本体３１と対応する枠状に形成され、ホルダ本体３１を吸着保持可能な第一の静電チャック３ｂと、第一の静電チャック３ｂの内側に設けられた第二の静電チャック３ｃとを有する。第二の静電チャック３ｃは、第一の静電チャック３ｂにウエハホルダ３０のホルダ本体３１が吸着保持された状態で、ホルダ本体３１に載置されたウエハＷを吸着保持可能に上方に突出している。より詳しくは、第二の静電チャック３ｃは、ホルダ本体３１の部材厚と略等しい寸法だけ第一の静電チャック３ｂに対して上方に突出している。そして、第一の静電チャック３ｂと第二の静電チャック３ｃとは、図示しない制御部によってそれぞれ独立して電圧値を設定して電圧を印加し、その電圧値に応じて静電気力を発生し、ウエハホルダ３０のホルダ本体３１及びウエハＷのそれぞれを吸着保持することが可能である。なお、第二の静電チャック３ｃの中央部には、後述する内部搬送ロボット１８の先端アーム１８ｃを挿入可能な挿入溝３ａが設けられている。
【００２３】
また、試料ステージ３の上方には、試料ステージ３上において、ウエハホルダ３０に保持されたウエハＷに集束イオンビームを照射可能な集束イオンビーム鏡筒４が設けられている。集束イオンビーム鏡筒４は、より詳しくは、ガリウムイオンなどのイオン源を内部に有しており、電圧を印加することでイオン源からイオンを引き出し加速させて、静電レンズによって集束させることで、集束イオンビームを照射することが可能なものである。また、図示しない偏向電極を有しており、所定範囲において集束イオンビームの照射位置を調整することが可能であり、試料ステージ３と協働することで、ウエハＷの所定位置を照射することを可能としている。
【００２４】
また、試料室２の内部２ａには、集束イオンビームの照射位置にデポジションガスを噴出させることが可能なガス銃５が設けられている。ガス銃５から噴出されるデポジションガスとは、例えば、Ｗ（ＣＯ）６であり、集束イオンビームの照射とともに照射位置に噴出させることで、照射位置にタングステンで形成されたデポジション膜を成膜することができるものである。なお、デポジションガスは、上記に限るもので無く、デポジション膜を形成する材質によって適時選択可能なものである。そして、上記の集束イオンビーム鏡筒４とガス銃５とによって接着手段６を構成しており、後述するように試料台３６の支持部３８に断面試料Ｓを接着することが可能である。また、試料室２の内部２ａには、集束イオンビームによって作製された断面試料ＳをウエハＷから採取して、ウエハホルダ３０の試料保持部３３まで搬送する採取・搬送手段であるプローブ７が設けられている。プローブ７は、例えば、ガラスで形成されたもので、ガラス棒を加熱し、引き伸ばした先端部分を切断することによって得られる極細の棒状の部材である。このようなプローブ７によれば、断面試料Ｓに接触させることで、プローブ７と断面試料Ｓとの間に静電気力が生じるので、断面試料Ｓを吸着し、搬送することが可能である。
【００２５】
また、図１に示すように、試料室２には、隣接してロードロック室８が設けられている。ロードロック室８は、ロボット室９と、ホルダ室１０との２室によって構成されている。ロボット室９は、開閉可能な試料室バルブ１１によって試料室２と接続されている。また、ロボット室９とホルダ室１０とは、開閉可能なゲートバルブ１２によって接続されている。さらに、ホルダ室１０には、外部と接続する開閉可能な外部バルブ１３として、ウエハＷを搬送するためのウエハ用バルブ１３ａと、ウエハホルダ３０を搬送するためのホルダ用バルブ１３ｂとが異なる方向に向って設けられている。より詳しくは、ホルダ室１０において、ゲートバルブ１２とホルダ用バルブ１３ｂとが対向して設けられているとともに、ウエハ用バルブ１３ａは、ゲートバルブ１２及びホルダ用バルブ１３ｂと直交する向きに設けられている。また、試料室２、ロボット室９、及びホルダ室１０のそれぞれは、図示しない排気手段を有しており、試料室バルブ１１、ゲートバルブ１２、ウエハ用バルブ１３ａ、及びホルダ用バルブ１３ｂをそれぞれ閉塞することで、独立して内部を真空状態となるまで排気することが可能である。
【００２６】
また、ホルダ室１０には、ウエハホルダ３０を、下方に空間を有した状態で配置させることが可能なホルダ台１４が設けられている。図１及び図８に示すように、ホルダ台１４は、ウエハ用バルブ１３ａから外部へウエハＷが搬送される方向に並べて設けられた２つの主台１５と、ロボット室９からゲートバルブ１２を介してホルダ室１０へと、また、ホルダ用バルブ１３ｂから外部へとウエハホルダ３０を搬送する搬送経路に、隙間を有して設けられた４つの副台１６とで構成されている。主台１５の上部には、ウエハホルダ３０の形状に対応する段部１５ａが形成された受部材１５ｂが設けられていて、段部１５ａによってウエハホルダ３０のホルダ本体３１の下面３１ｄ及びガイド部３２の側面３２ａに当接することで、ウエハホルダ３０を支持するとともに、位置決めすることが可能である。また、副台１６の上部には、受部材１６ａが設けられていて、ウエハホルダ３０のホルダ本体３１の下面３１ｄに当接してウエハホルダ３０を支持することが可能である。
【００２７】
また、ホルダ室１０の床には、収容凹部１０ａが設けられており、収容凹部１０ａの内部には、エレベータ１７が設けられている。エレベータ１７は、収容凹部１０ａの底面に固定され、図示しない駆動部によって上下に伸縮可能なシリンダ１７ａと、シリンダ１７ａの上端部において、水平な３方向に延設されたアーム１７ｂと、アーム１７ｂの先端部において上方に突出して設けられた支持ピン１７ｃとを備える。図８に示すように、エレベータ１７は、ホルダ台１４にウエハＷを保持したウエハホルダ３０を配置する際には、シリンダ１７ａが縮んだ状態で、ウエハホルダ３０の下方の空間に配置されている。また、シリンダ１７ａを伸ばした状態にすることで、支持ピン１７ｃをウエハＷの下面に当接させて、ウエハＷを持ち上げることが可能である。なお、エレベータ１７は収容凹部１０ａの内部に設けられるものとしたが、ホルダ台１４を高く設定することで、ホルダ室１０の床とウエハホルダ３０との間の空間にエレベータ１７を配置可能であれば、収容凹部１０ａを設けずに直接ホルダ室１０の床にエレベータ１７を設けるものとしても良い。
【００２８】
図１に示すように、ロボット室９には、ホルダ室１０のホルダ台１４と、試料室２の内部２ａの試料ステージ３との間で、ウエハホルダ３０を搬送する内部搬送ロボット１８が設けられている。内部搬送ロボット１８は、本実施形態においては、３つのアームである基端アーム１８ａ、中間アーム１８ｂ、先端アーム１８ｃで構成されており、図示しない駆動部によってそれぞれ回転自在に設定されている。
【００２９】
また、図１に示すように、ホルダ室１０のウエハ用バルブ１３ａ側の外部には、ウエハＷを搬送するウエハ搬送ロボット１９と、断面試料Ｓを作製する前後の各ウエハＷを複数収容するウエハカセット２０、２１と、ウエハＷの向きを検出するウエハアライナ２２とを備える。ウエハ搬送ロボット１９は、本実施形態においては、４つのアームである基端アーム１９ａ、中間アーム１９ｂ、１９ｃ、及び先端アーム１９ｄで構成されており、図示しない駆動部によってそれぞれ回転自在に設定されている。先端アーム１９ｄには、ウエハＷを載置させることが可能であり、基端アーム１９ａ、中間アーム１９ｂ、１９ｃ、及び先端アーム１９ｄが協働することによって、ウエハカセット２０、２１のそれぞれとホルダ室１０の内部との間でウエハＷの受渡しすることが可能である。
【００３０】
また、ホルダ室１０のホルダ用バルブ１３ｂ側の外部には、ウエハホルダ３０を搬送するホルダ搬送ロボット２３と、搬送されたウエハホルダ３０を載置するホルダ載置部２４とが設けられている。ホルダ搬送ロボット２３は、本実施形態においては、３つのアームである基端アーム２３ａ、中間アーム２３ｂ、及び先端アーム２３ｃで構成されており、図示しない駆動部によって基端アーム２２ａ及び中間アーム２２ｂが回転自在に設定されている。また、先端アーム２２ｃは中間アーム２２ｂ上で自在にスライドするように設定されている。そして、基端アーム２３ａ、中間アーム２３ｂ、及び先端アーム２３ｃが協働することによって、ホルダ室１０の内部とホルダ載置部２４との間でウエハホルダ３０の受渡しが可能である。
【００３１】
次に、試料作製装置１及びウエハホルダ３０の作用について説明する。図９は、ウエハＷを保持しているウエハホルダ３０が、試料室２の試料ステージ３に配置されている状態を示している。ここで、試料ステージ３上において、ウエハホルダ３０のホルダ本体３１は、第一の静電チャック３ｂによって吸着保持されているとともに、ウエハＷは、第一の静電チャック３ｂと独立した第二の静電チャック３ｃによって吸着保持されている。そして、試料室バルブ１１が閉鎖され、試料室２の内部２ａが図示しない排気手段によって真空状態に保たれた状態で、断面試料Ｓの作製が行われる。図１０（ａ）に示すように、まずウエハホルダ３０に保持されたウエハＷの所定位置において集束イオンビーム鏡筒４から集束イオンビームＩを照射し、極薄の断面試料Ｓの形状となるようにエッチングし、薄片化する。ここで、ウエハホルダ３０及びウエハＷは、第一の静電チャック３ｂ及び第二の静電チャック３ｃで静電気力によって吸着保持されている。このため、作業者が介在すること無く試料室２の内部２ａを真空状態としたまま脱着することができ、作業者を原因とする塵などの汚染物発生を防止することができる。また、機械締結などのように部材から発生する塵などの汚染物発生のおそれも無い。また、静電気力によることで、ウエハＷを広範囲で均一に歪み無く吸着保持することができる。さらに、試料ステージ３自体の軽量化を図ることができ、試料ステージ３の固有振動数を高く設定することができる。このため、汚染物、ウエハＷの変形、試料ステージ３の振動にそれぞれ起因する集束イオンビームＩの分解能の低下を防止することができ、より高精度にウエハＷの加工、観察が可能となる。また、ウエハホルダ３０とウエハＷとは、第一の静電チャック３ｂと第二の静電チャック３ｃとで別々に吸着保持される。そして、軽量のウエハＷを保持する第二の静電チャック３ｃについては、必要とする電圧を低く抑えることができる。このため、ウエハＷに流れる漏れ電流を小さくすることができ、照射される集束イオンビームＩが漏れ電流による影響を受けてしまうのを防ぐことができる。また、第二の静電チャック３ｃは、ウエハホルダ３０のホルダ本体３１が第一の静電チャック３ｂに吸着保持された状態で、ウエハＷを吸着保持可能に上方に突出している。このため、ウエハＷをウエハホルダ３０に載置された状態のまま、観察面が集束イオンビームＩの焦点高さとなるように吸着保持することができ、集束イオンビームＩの分解能の向上をさらに図ることができる。
【００３２】
そして、断面試料Ｓの側部Ｓ１を切断した後、採取・搬送手段であるプローブ７によって断面試料Ｓを採取する。そして、図１０（ｂ）に示すように、試料保持部３３の固定台３５に挟持された試料台３６の一つを選択して、採取した断面試料Ｓを支持部３８の側面３８ａに当接させる。この際、試料保持部３３の固定台３５は、ホルダ本体３１上に設けられていることで、ウエハＷの観察面と略等しい高さに位置している。このため、断面試料Ｓを採取して固定台３５に挟持された試料台２６に移動させる距離を最小限とし、断面試料Ｓの移動中の落下や破損を防止することができる。そして、図１に示す接着手段６によって断面試料Ｓと支持部３８とを接着固定する。すなわち、断面試料Ｓの側部Ｓ１に集束イオンビーム鏡筒４によって集束イオンビームを照射するとともに、ガス銃５によってデポジションガスを噴出させる。これによって、断面試料Ｓの側部Ｓ１にデポジション膜Ｓ２が成膜されて、デポジション膜Ｓ２によって断面試料Ｓは支持部３８に接着固定される。さらに、支持部３８の観察窓部３８ｂとなる部分に集束イオンビームを照射することで、支持部３８はエッチングされ、観察窓部３８ｂが形成される。以上のようにして、試料台３８に固定された断面試料Ｓを、観察窓部３８ｂを介して透過電子顕微鏡で観察可能となる。また、断面試料ＳはウエハＷの所定位置から作製され、試料保持部３３に固定されるので、ウエハＷ及び作製された断面試料Ｓを同時に搬送することができる。本実施形態においては、ウエハホルダ３０に４つの試料カセット３４が設けられ、各試料カセット３４に４つの固定台３５を装着することが可能であるので、１枚のウエハＷから最大で１６枚の断面試料Ｓを採取して試料保持部３３に固定し、同時に搬送することが可能である。また、ウエハＷ及び作製される断面試料Ｓを保持する断面試料保持部３３がとともに、ウエハホルダ３０に位置していることで、上記の断面試料Ｓの作製及び採取を効率良く行うことができるとともに、試料室２の内部２ａを最小限のスペースに抑えることができる。
【００３３】
断面試料Ｓの作製、採取が完了したら、ウエハＷ及び断面試料Ｓを外部まで搬送する。まず、図示しない制御部によって第一の静電チャック３ｂ及び第二の静電チャック３ｃによるウエハホルダ３０及びウエハＷの吸着を解除する。この際、静電気力による吸着としていることで、作業者が介在することなく吸着を解除することができ、脱着に伴う作業時間の短縮及び作業者によるウエハＷ等の破損の防止を図ることができる。また、上記のようにウエハＷを吸着する第二の静電チャック３ｃの電圧を低く抑えることができることで、吸着を解除して離脱させる際の離脱時間を短縮させることができ、スループットの向上を図ることができる。次に、図９に示すように、試料室バルブ１１及びゲートバルブ１２を閉塞した状態で、ロボット室９の内部を図示しない排気手段によって試料室２の内部２ａと同じ気圧状態にする。そして、この状態で試料室バルブ１１を開放する。このようにすることで、試料室２の内部２ａの真空状態を維持するとともに、不要な塵などが試料室２の内部２ａに流入するのを防ぐことができる。次に、内部搬送ロボット１８を駆動させて、先端アーム１８ｃを試料ステージ３の挿入溝３ａに挿入する。そして、先端アーム１８ｃをウエハホルダ３０の下面に当接させて、ウエハホルダ３０をロボット室９の内部まで搬送する。この際、ウエハホルダ３０は、ホルダ本体３１が中央に開口部３１ａが形成された枠状の部材であり、断面試料Ｓを保持する試料保持部３３も、試料カセット３４、固定台３５及び試料台３６で構成された非常に単純な構造である。このため、ウエハホルダ３０の大きさ及び重量を最小限にすることができるので、ウエハホルダ３０を搬送する内部搬送ロボット１８の小型化を図ることができる。また、搬送ルートの省スペース化も望める。
【００３４】
次に、試料室バルブ１１を閉塞した後に、ゲートバルブ１２を開放する。この際、ホルダ室１０は、外部バルブ１３であるウエハ用バルブ１３ａ及びホルダ用バルブ１３ｂを閉塞しておくとともに、内部を図示しない排気手段で排気してロボット室９と同じ気圧状態にしておく。このため、ゲートバルブ１２を開放しても、ロボット室９の内部を真空状態に維持することができる。そして、先端アーム１８ｃに載置されているウエハホルダ３０をホルダ室１０まで移動させる。ホルダ台１４の副台１６は、内部搬送ロボット１８による搬送方向に隙間を有して配置されているので、４つの副台１６の隙間に先端アーム１８ｃを挿入するようにして、図１１に示すように、ホルダ台１４にウエハホルダ３０を受け渡すことができる。この際、主台１５の受部材１５ｂには、段部１５ａが形成されているので、ウエハホルダ３０は段部１５ａによって正確に位置決めされた状態で支持される。
【００３５】
次に、ウエハホルダ３０に保持されているウエハＷ及び断面試料Ｓをホルダ室１０から外部へ搬送する。この際、ゲートバルブ１２を閉塞した後に、外部バルブ１３を開放させる。このようにすることで、ロボット室９を真空状態に維持することができる。そして、図１２及び図１３に示すように、まず、ウエハホルダ３０に保持されたウエハＷを外部に搬送する。すなわち、エレベータ１７のシリンダ１７ａを伸ばして、支持ピン１７ｃを上昇させる。ウエハホルダ３０は中央に開口部３１ａを有しているので、支持ピン１７ｃを上昇させることで、支持ピン１７ｃはウエハＷの下面Ｗ２に当接する。そして、さらに支持ピン１７ｃを上昇させることで、ウエハＷを上方へ持ち上げてウエハホルダ３０からウエハＷを離脱させることができる。そして、ウエハ搬送ロボット１９を駆動させて、エレベータ１７によって持ち上げられたウエハＷの下方にウエハ搬送ロボット１９の先端アーム１９ｄを挿入し、下面Ｗ２に当接させる。このようにすることで、ウエハＷは、ウエハ搬送ロボット１９に受け渡され、外部へ搬送することができる。外部に搬送されたウエハＷは、断面試料Ｓを作製した後のウエハが収容されるウエハカセット２１に収容される。
【００３６】
次に、図１４に示すように、エレベータ１７のシリンダ１７ａを縮ませて、支持ピン１７ｃを下降させる。そして、ウエハ用バルブ１３ａを閉塞するとともに、ホルダ用バルブ１３ｂを開放させる。図１４及び図１５に示すように、この状態でホルダ搬送用ロボット２３を駆動させて、ホルダ室１０の内部において、先端アーム２３ｃを副台１６の隙間に挿入し、ウエハホルダ３０のホルダ本体３１の下面３１ｄに当接させる。そして、先端アーム２３ｃを移動させることで、試料保持部３３に断面試料Ｓが保持された状態のウエハホルダ３０を、外部に設けられたホルダ載置部２４まで搬送することができる。ウエハホルダ３０を外部に搬送した後、断面試料Ｓは、ウエハホルダ３０のホルダ本体３１から試料カセット３４を離脱させることで、試料カセット３４の単位で取り扱われ、保管、あるいは透過電子顕微鏡まで搬送されて観察することがきる。なお、試料カセット３４と、断面試料Ｓが一つずつ固定された試料台３６とは、固定台３５によって着脱可能であるので、試料カセット３４から固定台３５を離脱させて固定台３５の単位で取り扱うことも可能である。また、作製された断面試料Ｓの観察が完了した後は、固定台３５から試料台３６を取り外す。そして、断面試料Ｓが接着固定されていない新たな試料台３６を固定台３５に挟持させて、試料カセット３４に装着すれば、再度ウエハホルダ３０に装着して使用することが可能である。なお、ウエハホルダ３０のホルダ本体３１から試料カセット３４を離脱させずに、ウエハホルダ３０に保持されたまま、次工程まで搬送することもできる。
【００３７】
また、図１に示すように、新たなウエハＷから断面試料Ｓを作製する際には、ホルダ搬送ロボット２３によって、ウエハホルダ３０をホルダ載置部２４からホルダ室１０のホルダ台１４に移動させる。また、ウエハ搬送ロボット１９によってウエハカセット２０から新たなウエハＷを取り出し、ウエハアライナ２２によってウエハＷの向きを検出する。そして、ホルダ室１０の内部において、エレベータ１７の支持ピン１７ｃを上昇させた状態でウエハ搬送ロボット１９によって搬送することで、ウエハＷはエレベータ１７の支持ピン１７ｃ上に受け渡される。そして、エレベータ１７を下降させれば、ウエハホルダ３０のホルダ本体３１上にウエハＷを容易に位置決めし、保持された状態にすることができる。これ以降、ウエハＷ及び断面試料Ｓを試料室２ａから外部へ搬送する場合と逆の手順となるので省略する。
【００３８】
なお、上記においては、ウエハＷを１枚ずつ、ウエハホルダ３０によって試料室２まで搬送して断面試料Ｓを作製し、ウエハホルダ３０によってウエハＷ及び断面試料Ｓを外部まで搬送したが、複数のウエハＷから連続して断面試料Ｓを採取することもできる。例えば、１枚のウエハＷから１枚の断面試料Ｓを採取し、これを複数枚のウエハＷについて行うものとする。この場合、１枚目のウエハＷから断面試料Ｓを作製し、図９に示すように、ホルダ室１０までウエハＷを搬送する。次に、図１２に示すように、ウエハＷを外部に搬送したら、ウエハホルダ３０をウエハ用バルブ１３ｂから外部へ搬送せずに、新たなウエハＷをウエハカセット２０から取り出して、ウエハホルダ３０に載置する。そして、新しいウエハＷと、その前に採取した断面試料Ｓとを保持したまま、試料室２まで搬送することで、新しいウエハＷから新しい断面試料Ｓを採取することができる。本実施形態においては、試料保持部３３では全部で１６個の断面試料Ｓを保持することができるので、１６枚のウエハＷから連続して断面試料Ｓを採取することができる。このように、１枚のウエハＷごとにウエハホルダ３０を外部に搬送し、断面試料Ｓを取り外す工程を省略することができるため、さらにスループットの向上を望むことができる。
【００３９】
以上のように、小型化、軽量化が図られたウエハホルダ３０を使用することで、ウエハＷが保持されたウエハホルダ３０を収容して断面試料Ｓを作製する試料室２の小型化を図ることができる。また、ウエハホルダ３０によってウエハＷと断面試料Ｓとを同時に搬送することが可能となり、搬送ルートを一系統にすることができるので、搬送に伴うスペースの小型化を図ることができる。また、ウエハホルダ３０の小型化、軽量化を図ることができることで、ウエハホルダ３０を搬送する内部搬送ロボット１８の小型化も図ることができ、対応するロードロック室８の小型化も図ることができる。以上のように、試料室２及びロードロック室８の小型化を図ることができることで、試料室２及びロードロック室８を真空状態にする際の排気性能が高めることができ、また、装置全体として小型化を図ることができる。
【００４０】
また、さらにロードロック室８をロボット室９とホルダ室１０とで構成することで、試料室２と、ロードロック室８のロボット室９及びホルダ室１０のそれぞれを真空状態にする際の排気性能をさらに高めることができる。また、エレベータ１７によってウエハホルダ３０のホルダ本体３１の開口部３１ａからウエハＷを持ち上げることによって、容易にウエハＷをウエハホルダ３０から離脱させることができ、ウエハＷと断面試料Ｓとを同時に搬送する作用と相まって、ウエハＷの搬送から、断面試料Ｓを作製してウエハＷ及び断面試料Ｓを外部へ搬送するまでのスループットの向上も図ることができる。
【００４１】
一方、ホルダ室１０から外部への搬送は、ウエハ用バルブ１３ａとホルダ用バルブ１３ｂによって二系統にすることで、錯綜すること無く、効率良くウエハＷ及び断面試料Ｓを外部に搬送することができる。また、ウエハＷを外部へ搬送するウエハ搬送ロボット１９と、断面試料Ｓが保持されたウエハホルダ３０を外部へ搬送するホルダ搬送ロボット２３とを別機構にすることができる。このため、ウエハ搬送ロボット１９は、微細な動作が可能な機構にする一方、ホルダ搬送ロボット２３は、ウエハ搬送ロボット２３に対して相対的に重量物を搬送可能な機構として、効率的にウエハホルダ３０を搬送することができる。また、試料室２の内部２ａにおいて、ウエハホルダ３０及びホルダＷを、試料ステージ３の第一の静電チャック３ｂ及び第二の静電チャック３ｃによって吸着保持することで、作業者の介在しない完全自動搬送を可能にするとともに、集束イオンビームＩの分解能の向上をさらに図ることができ、より高性能な断面試料作製を実現することができる。
【００４２】
なお、本実施形態において、ウエハホルダ３０を搬送する機構として、内部搬送ロボット１８、ウエハ搬送ロボット１９及びホルダ搬送ロボット２０の例を挙げたが、これらは様々な公知のロボットを目的に応じて選択可能なものである。また、ウエハホルダ３０は、４つの試料カセット３４が装着され、各試料カセット３４に４つの固定台３５が設けられているものとしたが、試料カセット３４の設置数及び各試料カセット３４に装着可能な固定台３５の数は必要に応じて変更可能である。また、試料カセット３４を設けずに、直接ホルダ本体３１に固定台３５を固定可能な構成としても良い。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施形態の集束イオンビーム装置の全体図である。
【図２】この発明の実施形態のウエハホルダの平面図である。
【図３】この発明の実施形態のウエハホルダの断面図である。
【図４】この発明の実施形態のウエハホルダの試料保持部の拡大視した側面図である。
【図５】この発明の実施形態のウエハホルダの試料保持部の拡大視した断面図である。
【図６】この発明の実施形態の試料台の斜視図である。
【図７】この発明の実施形態の試料ステージの断面図である。
【図８】この発明の実施形態のホルダ台及びエレベータの斜視図である。
【図９】この発明の実施形態の集束イオンビーム装置の説明図である。
【図１０】この発明の実施形態の断面試料を作製する説明図である。
【図１１】この発明の実施形態の集束イオンビーム装置のホルダ室の断面図である。
【図１２】この発明の実施形態の集束イオンビーム装置の説明図である。
【図１３】この発明の実施形態の集束イオンビーム装置のホルダ室の断面図である。
【図１４】この発明の実施形態の集束イオンビーム装置のホルダ室の断面図である。
【図１５】この発明の実施形態の集束イオンビーム装置の説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  集束イオンビーム装置（荷電粒子ビーム装置）
２  試料室
２ａ  内部
３  試料ステージ
３ｂ  第一の静電チャック
３ｃ  第二の静電チャック
４  集束イオンビーム鏡筒（荷電粒子ビーム鏡筒）
５  ガス銃
６  接着手段
７  プローブ（採取・搬送手段）
８  ロードロック室
９  ロボット室
１０  ホルダ室
１１  試料室バルブ
１２  ゲートバルブ
１３  外部バルブ
１３ａ  ウエハ用バルブ
１３ｂ  ホルダ用バルブ
１４  ホルダ台
１７  エレベータ
１８  内部搬送ロボット
３０  ウエハホルダ
３１  ホルダ本体
３１ａ  開口部
３１ｂ  上面
３１ｃ  外周部
３１ｄ  下面
３２  ガイド部
３３  断面試料保持部
３４  試料カセット
３５  固定台
３６  試料台
Ｓ  断面試料
Ｗ  ウエハ
Ｗ１  外周
Ｗ２  下面
【図１】
2007265971.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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